【手続補正書】
【提出日】平成18年8月4日(2006.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  蒸気タービン装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（蒸気）の受入部と吐出部が開口されたケーシングに内蔵され、両端を軸受で支持された回転軸と一体の回転羽根車は、外部からの物体による導入打撃推力をうけて回転し、物体の重力或いは圧力を軸の回転力に転換する装置において、その回転羽根車が、有意の振幅と範囲より成る正弦曲線を合成して成る合成正弦曲線を基調とした羽形と、一次元形状の有効な巾を備えた複数の羽根翼の基部切点を、その基部となる位置での所要の直径を有する回転軸外周の切線に重なる様に配置し、羽根翼両側の端面を所要直径の円板で囲い固定してバケット状となる。
その仕様になる羽根車複数を、羽根翼の外周端を有意の差異をもたせて、併列組合せ所要の幅員を維持した構造を有することを特徴とする蒸気タービン装置。
【請求項２】
請求項１記載の構成による回転羽根車の羽根翼基部（入射点）ともなる回転軸は、所要の直径を備え、空気の流通可能な中空で、複数の羽根翼基部取付位置間の間隙部分に羽根と平行的斜めに穿孔して、回転に伴う遠心流動慣性負圧による空気の吸入流動機能を有する構造であることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン装置
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は物体（蒸気）の有する導入打撃推力を回転力に転換するタービン装置に関するものである。
【従来技術】
【０００２】
古来水の重力を利用した水車による産業利用、又は最先端では高温蒸気圧力をタービンを介して軸の回転力に転換し発電機を回す等、重力或いは圧力を軸回転力に転換して産業活動に活用する技術の進歩は著しい。その中で蒸気圧を活用する施設は大型化が極まり、ローカル的小型施設で利用するタービン機器が少ないと云う話が聞かれ、特に小型産廃物焼却炉の熱を活用する蒸気タービンの提供を望む声が多い。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前項に鑑み本発明者はローカル的小型施設においても普遍的に利用できる蒸気タービン装置を提供しようとするものである。即ち
▲１▼ローカル技術でも製造できる
▲２▼且つ高い効率を得られる器機が求められ、
▲３▼更に高温に対応できる軸受の保護対策のクリアが必要となる。
▲４▼特に大型化の一端として復水機が必須とされるがそれを解消されないか！
等々に対処する目標をたてた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者はかつて、回転ブロワーによる切断稲ワラの搬送作業現場において、十字型羽根翼の入射点にワラが付着する困難に苦しめられて、その入射点における抵抗を０とする羽根を考えつき試作し、新しい搬送装置（特許２７１１４０２号）として活用しており、その羽形のもつ特徴に魅せられて各種の活用の方途をさぐっている。その一つが本願の出発点となった。
【０００５】
本発明を構成する手段を順を追って説明する。
（１）基本となる回転羽根の羽根翼羽形の基礎となる合成・正弦曲線図を、表図１に示しその根拠を以下に説明する。
2001050001.tif 000001
基調となる合成正弦曲線の一般式は、
ｙ＝Ａｓｉｎ（ＢＸ）……………▲１▼で示される。
2001050001.tif 000002
本例の場合曲線の変曲点０を原点として
変曲点０より左側（ＣＢＯ）は……………Ｘ≧Ｏで
基本振幅をａをして…………………………▲１▼の式は
2001050001.tif 000003
（範囲は  −πａ≦Ｘ≦Ｏ）
又、変曲点０より右側（ＯＡＤ）は………Ｏ≦Ｘで
基本振幅を２ａとして………………………▲１▼式は
2001050001.tif 000004
（範囲は  Ｏ≦Ｘ≦πａ）
でそれぞれ示される。
具体的な数字を代入した図２の実線は、
ａ＝１．２５とすると
2001050001.tif 000005
によるものである。
【０００６】
上述の根拠に基づく羽形と、一次元形状の有効な巾をもつ羽根翼の表図１に示したＡ点位置の接点を、所要の直径を有する回転軸外周接線に重ねて基部とし、偏心に複数を配置し、両側を円板で囲ってバケット状とするものである。
尚、本羽形は先に出願した特許願昭６３−３３４７１０（特許第２７１１４０２号）の基礎を遵用したが、活用事案によって振幅と範囲の組合せ方並びに枚数は充分比較検討を要することは当然である。
本願で用いる合成・正弦曲線図は実施例で示す。
【０００７】
（２）前項の回転軸の所要の直径についてである。複数の羽根翼の基部の配置が偏心となり、その基部取付位置が回転軸外周上に充分な隙間を有する必要上の所要直径であり、中空で前記間隙間位置に穿孔して回転に伴って生ずる負圧による空気の吸入流動をはかる構造上の必要性をかなえる所要直径である。通常ブロワーに於ける吸入口の直径を想定し、大きくなればフランジ構造となる。
【０００８】
中空の回転軸の羽根基部取付の間隙間位置に空気の吸入流動出来る取付羽根と平行的斜めに穿孔する。回転羽根はケーシングの中にあるので蒸気の導入と排出部分以外の円周や中心部では物体の遠心流動慣性に因る大きな負圧が生じ、一体的構造の回転軸中空を相当量の外気が流動し軸の高温化を抑え、軸受部を保護しながら積極的なマフラー機能に進展して回転力転換の効率を高める。
表図１の羽根翼の受動運動の模式を表図２に示す。
2001050001.tif 000006
【０００９】
（３）前項（２）の構造の回転軸に（１）の羽根体円板を、羽根翼の外周端面を有意に差異をもたせて複数を併列して組合せることによって、蒸気容量に対応する巾を拡げると共に、個々のバケットの蒸気受入れ容積が大きい羽根体円板特徴を生かしつつ蒸気圧推力がバランス良く常時羽根体の回転に働きかける様にするものである。
【作用】
【００１０】
本発明の基本となる回転羽根車の羽根翼形状は物体の遠心流動慣性と羽根の回転を抵抗なく同調させるので蒸気圧推力を無駄なく軸の回転力に転換することが出来る。
その構造的特徴は、その羽形が回転軸外周上の基部から羽根外周端まで切れ間がないことで成り立っていることであり、羽根車の回転に伴なう遠心力慣性により羽根翼の表裏を流れる物体の流動にロスを生じることがなく機能が比飛躍的に向上する機構である。
【００１１】
本願装置のケーシングは蒸気の受け入れ部と吐出部が開口されているが蒸気が流入や排出している部分以外では羽根の外周部法線と中心部において羽根車の回転に伴なう遠心流動慣性に因る相当の負圧が生じる。羽根の回転自体にとっては抵抗となるものだが、本願で加えられた回転軸の工夫によってそれぞれのバケット状室に空気が導入されることはその負圧抵抗の解消にもつながり、又蒸気の吐出切れもよくなる。回転する羽根翼の表裏における蒸気と空気の物体流動慣性が羽根自体の回転にともなって起こる遠心力と一体となって機能するのである。
本願の羽形特徴を別の表現で云えば、入射点から外周端まで切れ間がないことが、諸々の機能発現のもととなる。
【００１２】
次に、物体（蒸気）の流動圧力と軸回転力転換との関係を検討する。基礎となる羽形の表図２における曲線図Ｂ部分が蒸気を受けとめる皿であり、それを回転軸に伝える腕部分は回転軸に対して偏心に取付けられているので、打撃推力を回転力への転換は極めて自然で無駄がない。Ｂ部分に当たる物体（蒸気）の推力Ｍは皿のＰ点に打撃推力Ｇとなって働くが、回転につれてＰ点が移動するにあわせた物体の流動に何の抵抗もなく、排出されるまでＧ力が働く。裏側で生じる負圧も回転と物体（蒸気＋空気）の遠心流動慣性とが一体となる。高速で流動する蒸気の排出もスムーズで何等の抵抗も残さない。
と同時に回転軸の中空部を流動する外気空気は回転軸の高温化を防ぐことによって結果的に軸受部の保護となるから特別な高度の冷却装置を必要としないので、装置の低廉化につながる。
【００１３】
更に中空の回転軸を通る外気流動は、回転前方の羽根翼にそった外気流動となり、蒸気吐出口に外気を間断なく送ることとなり、羽根翼の高温化も中和しながら排出蒸気を冷却する。その冷却作用は蒸気体の収縮を伴い、吐出口における負圧を生ずることになるので、蒸気体の排出を助けるマフラー効果となり羽根車の回転力転換を飛躍的に向上させながら復水機の併設を不要とする等、コストの低減をもたらす。
【実施例】
【００１４】
以下図面を参照して本発明にかかる一実施例を説明する。
図１−は蒸気タービン装置の羽根部の横断図で、
図２−はタービン装置の全体鳥瞰図である。
各図において、１−はタービン装置ケーシング、２−は羽根翼、３−は羽根側板（円板）、４−は回転軸、５−は回転軸穿孔部で空気流動通路、１−２はケーシングの蒸気導入口、１−３はケーシングの蒸気排出口、６−は導入蒸気、７−は排出蒸気、８−は架台、９と１０−は軸受で、１１−は伝導スプロケットである。
【００１５】
尚、本願の羽形は、振幅の異なる合成、正弦曲線を表現した表図１の基本に由り、振幅と範囲を有意に設定して合成して表図３に示したがそれの振幅４の▲５▼のＡ−Ｏ−Ｂ−Ｃを使用し受動回転と云う本願の利用形に対応した。
2001050001.tif 000007
【００１６】
本願タービンの羽形特定の経緯は次の通りである。
▲１▼  図中、Ａの振幅は回転軸同心円半径に近いことが望ましい。
Ａ点は羽根翼基部（入射点）となる切点となり、回転軸フランジ外周の接線と重なる関係にあり、Ａ−Ｏの範囲は短くして、Ｏ−Ｃは出来るだけ大きくしたい。
▲２▼  羽形の深さを支配するＯ−Ｃの振幅は大きく、範囲もそのバランスで維持する。
2001050001.tif 000008
▲３▼  基本曲線図は表図３に依存し、上記▲１▼と▲２▼に基づきＡ−ＯとＯ−Ｃはそれぞれの羽根翼の長さ−範囲に合わせて伸縮し調整する。
【００１７】
以上の構成による動作を順を追って説明する。
高圧蒸気６がタービン装置に導入されると、圧力Ｇとなって表図２の羽根翼Ｐ点に働き、Ｐ点は慣性に従って回転し、回転軸４に回転力を伝達する。圧力Ｇは回転につれて移動するＰ点に連動して圧力を与えつづける。物体Ｍの流動慣性と羽根翼の連動とは一体化してその流れに無理も無駄もなく圧力Ｇがスムーズに回転力に転換される。ケーシング内での高速回転は羽根翼裏側で当然負圧を生ずるが、回転軸を中空とし、穿孔して５の空気吸入流動口を設けたことにより、負圧を解消しながら物体の慣性流動化をスムーズにする働きとなり、蒸気が排出口に遠心力によって放出されることを助けるので、回転抵抗となるものが生じない。
この様に回転する羽根翼の表裏における蒸気と空気の流動は表図２に示している如く、羽根体の回転運動と物体の遠心流動慣性が一体となり圧力Ｇを回転力に転換する効率を極度に高めることとなるのである。更にその中空の回転軸を流動する外気が回転軸の高温化を防いで、軸受の保護となり、同時に吐出蒸気を直接冷却して容積を収縮することとなり、蒸気タービンが復水機の併設を必須とする要件を省略できる補完機構となる。
【発明の効果】
【００１８】
前項の実施例の動作説明に述べた如く、蒸気の圧力を回転力に転換する効率は、回転抵抗となる要因が見られないことから極めて高い。そして羽根翼裏面に生ずる負圧を軽減するに役立つ、中空の回転軸を流動する吸入空気は、急速な外気の導入となって回転軸の高温化を防ぎ、結果として軸受を保護するから、高温の蒸気タービンの宿命である軸受の冷却装置を必要としない。と同時にマフラー機能が働くので、冷気、冷水供給の工夫を加えて復水機なしで運転できる途を拓きえる機構の有利性は決して小さくない。
【００１９】
そのことは羽根車の製造法の簡便さと高い効率と相まって施設の大小を問わず普遍的利用の範囲を拡げることとなる。現代の社会環境の中で熱に転換出来る資源は膨大であり、その熱を回転力に転換する接点となる蒸気タービンの高い効率化と施設費の低廉化を図る本発明の成果は、資源の活用に貢献する分野を大幅に拡大出来る。
又、水車としての利用でも、水の重力を回転力に転換する機能は変わらないのであらゆる規模の水力利用にも貢献し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】−は蒸気タービン装置の羽根部の横断図、
【図２】−は蒸気タービン装置の全体図である。
【符号の説明】
【００２１】
各図の於いて、１…タービン装置ケーシング、２…羽根翼、３…は羽根側板（円板）、４…は回転軸、５…回転軸の穿孔部で空気流動通路、１−２…ケーシングの蒸気導入口、１−３…ケーシングの蒸気排出口、６…導入蒸気、７…は排出蒸気、８…架台、９及１０…軸受、１１…伝導スプロケット
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      図面
【図１】
2001050001.tif 000009
【図２】
2001050001.tif 000010